高热扩散性能的液态钒电池极片、其制备方法及液态钒电池与流程

本发明涉及液态钒电池材料领域，特别涉及一种高热扩散性能的液态钒电池极片、其制备方法及液态钒电池。

背景技术：

1、液态钒电池作为一种高性能的氧化还原液流电池，因其独特的优势，如高能量密度、高充放电效率、长循环寿命以及灵活的储能和放电能力，在能源存储领域受到了广泛关注。在液态钒电池中，极片作为活性物质的载体，其性能直接影响到电池的整体性能，包括能量密度、充放电效率、循环寿命等。

2、然而，现有的液态钒电池极片在制备过程中，尤其是在热处理阶段，存在热扩散不均匀的问题。这主要是由于极片材料的热导率差异、制备工艺的控制精度不足、以及热处理设备的局限性等因素导致的。热扩散不均匀会导致极片内部活性物质的分布不均，进而影响电池的电化学性能。

3、因此选择合适的极片材料是提高热扩散性能的基础。一些具有高导热性能的材料，如金属基复合材料，可以作为极片的基体材料，以提高极片的热扩散性能。同时优化涂覆工艺，确保活性物质在极片上的均匀分布，也是提高热扩散性能的关键。

4、此外，控制热处理温度和时间也是提高热扩散性能的重要手段。通过采用梯度加热、微波加热等先进的热处理技术，可以实现极片内部温度的均匀分布，从而提高热扩散性能。同时，精确控制热处理时间，避免过长或过短导致的性能下降，也是保证极片性能的关键。

5、综上所述，提高液态钒电池极片的热扩散性能是一个重要的研究方向。通过优化极片的制备工艺和热处理条件，可以实现极片内部温度的均匀分布和活性物质的均匀分布，从而提高电池的电化学性能和稳定性。

6、在液态钒电池的制备过程中，极片的热扩散性能对于电池的性能和稳定性具有重要影响。然而，现有的制备技术在提高极片热扩散性能方面存在一些明显的缺陷：

7、热扩散不均匀：传统的极片制备方法往往导致热扩散不均匀，这主要是因为极片材料的热导率差异、制备工艺的控制精度不足以及热处理设备的局限性等因素。热扩散不均匀会导致极片内部活性物质的分布不均，进而影响电池的电化学性能。

8、活性物质分布不均：由于热扩散不均匀，活性物质在极片上的分布也不均匀。这会导致电池在充放电过程中，不同区域的活性物质利用率不同，从而影响电池的能量密度和循环寿命。

9、制备工艺复杂：为了在一定程度上改善热扩散性能，现有的制备工艺往往需要复杂的步骤和精细的控制，这增加了制备成本和时间，降低了生产效率，不利于大规模应用。

10、所以，现在有必要对现有技术进行改进，以提供更可靠的方案。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高热扩散性能的液态钒电池极片、其制备方法及液态钒电池。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高热扩散性能的液态钒电池极片，其通过在基片上涂布复合电极浆料后经干燥得到，所述复合电极浆料包括60-80重量份的活性物质、10-20重量份的粘结剂、5-15重量份的导电添加剂以及一定量的溶剂，其中溶剂的添加量满足：使复合电极浆料的黏度为3500～4500mpa.s；

3、其中，所述活性物质为钒氧化物。

4、优选的是，活性物质选自三氧化二钒(v2o3)、二氧化钒(vo2)、亚钒酸盐(如vo、v2o)、五氧化二钒(v2o5)中的一种或多种。

5、优选的是，粘结剂选自ptfe(聚四氟乙烯)、pvdf(聚偏二氟乙烯)中的一种或者两种。

6、优选的是，导电添加剂选自碳黑、导热石墨、石墨烯、ks-6中的一种或者多种；

7、溶剂选自nmp(n-甲基吡咯烷酮)、纯水、异丙醇、乙醇中的一种或多种。

8、优选的是，所述基片选自碳纸、碳布、金属箔中的任意一种。

9、优选的是，活性物质为五氧化二钒，粘结剂为ptfe，导电添加剂为石墨烯，溶剂为纯水，基片为碳布。

10、优选的是，所述复合电极浆料中还包括：5-15重量份的热扩散增强剂，所述热扩散增强剂通过以下方法制备得到：

11、1)按重量配比称取30％的碳纤维和70％的氧化铝颗粒，置于砂磨机中进行粉碎研磨，时间3h，过250目筛，加入一定量无水乙醇后，采用行星式球磨机进行湿混洗涤3h，置于80℃鼓风干燥箱干燥5h，得到预处理后的原料(增强剂前驱体)；

12、2)将预处理后的增强剂前驱体与添加剂(超细石墨粉：目数3000目，纯度99.9％)混合，添加剂的加入量为预处理后的原料总质量的15％，所得混合物在1000～1500℃的温度、1～10mpa的压力下反应时间6-12h；

13、3)将步骤2)所得产物在80℃干燥烘箱烘干1h，得到所述热扩散增强剂。

14、本发明的第二方面，提供一种如上所述的高热扩散性能的液态钒电池极片的制备方法，包括以下步骤：

15、s1、按照重量份配比将活性物质、粘结剂、导电添加剂和溶剂混合均匀，当所述复合电极浆料的原料中还包括热扩散增强剂时，还按照重量份配比加入该热扩散增强剂，控制溶剂的添加量以使得混合所得的复合电极浆料的黏度为3500～4500mpa.s；

16、s2、将复合电极浆料均匀涂布在基片上，得到电极片中间品1；

17、s3、初步干燥：将步骤s2所得电极片中间品1在35-90℃下进行初步干燥，得到电极片中间品2；

18、s4、热扩散处理：采用梯度加热和超声波辅助振动的方式对电极片中间品2进行热处理，得到电极片中间品3；

19、s5、深度干燥：对电极片中间品3在70～80℃下进行深度干燥，得到所述高热扩散性能的液态钒电池极片。

20、优选的是，所述的高热扩散性能的液态钒电池极片的制备方法包括以下步骤：

21、s1、按照重量份配比将活性物质、粘结剂、导电添加剂和溶剂混合均匀，当所述复合电极浆料的原料中还包括热扩散增强剂时，还按照重量份配比加入该热扩散增强剂，控制溶剂的添加量以使得混合所得的复合电极浆料的黏度为3500～4500mpa.s；

22、s2、将复合电极浆料均匀涂布在基片上，控制涂布厚度为240～300μm，得到电极片中间品1；

23、s3、初步干燥：将步骤s2所得电极片中间品1在35-90℃下干燥20-80min，得到电极片中间品2；

24、s4、热扩散处理：采用梯度加热和超声波辅助振动的方式对电极片中间品2进行热处理，得到电极片中间品3；

25、其中，梯度加热的温度逐渐升高，处理程序为：70℃、30min，75℃、10min,80℃、10min,85℃、10min,90℃、5min；

26、梯度加热的同时对电极片中间品2施加超声作用，超声频率40khz,功率1500w；

27、s5、深度干燥：对电极片中间品3进行热风干燥，热风温度为70～80℃，干燥施加为2～4h，得到所述高热扩散性能的液态钒电池极片。

28、本发明的第三方面，提供一种液态钒电池，其包括如上所述的高热扩散性能的液态钒电池极片。

29、本发明的有益效果是：

30、本发明提供了一种高热扩散性能的液态钒电池极片、其制备方法和基于该极片的液态钒电池，本发明通过优化制备工艺和热处理条件，能够显著提高液态钒电池极片的热扩散性能；热扩散的均匀性增强有助于确保极片在充放电过程中温度分布的均匀性，从而避免因局部过热导致的性能下降或损坏；

31、热扩散性能的改善有助于实现活性物质在极片上的均匀分布；这不仅提高了活性物质的利用率，还使得电池在充放电过程中各个区域的活性物质都能够得到充分利用，从而能提高电池的能量密度和循环寿命；

32、由于热扩散性能的改善，本发明制备的液态钒电池在热失控等方面的安全性得到了提高，这有助于降低电池在使用过程中的安全风险，保障用户的生命财产安全；

33、本发明通过优化制备步骤和参数，实现了制备工艺的简化，这不仅降低了制备成本和时间，还提高了生产效率，使得液态钒电池的制造成本更加可控和经济。本发明在不影响性能的前提下，采用了更经济、更易于大规模应用的热处理方案，这降低了成本，使得液态钒电池的制造更加具有竞争力；

34、本发明提供的高热扩散性能的液态钒电池极片在改善热扩散性能、优化活性物质分布、提高电池性能、简化制备工艺、降低设备成本和提高电池安全性等方面具有显著的有益效果，这些有益效果将推动液态钒电池技术的进一步发展和应用。